Cerrena Unicolor

17.4 Fenoles

La oxidación del sustrato lac clásico ABTS por la lacasa de Tetracystis aeria está muy extendida en las algas clorofíceas. Por ejemplo, las especies de Moewusinia, incluidas Chlamydomonas moewusii y T. aeria, excretan Lacs putativos “verdaderos”. Los sustratos fenólicos son oxidados por estas enzimas de manera óptima a un pH neutro a alcalino. La lacasa Tetracystis transforma eficientemente otros compuestos como bisfenol A, 17α-etinilestradiol, nonilfenol y triclosán en presencia de ABTS como mediadores redox, mientras que el antraceno, el veratrilalcohol y el adlerol permanecen inalterados. Las posibles funciones naturales de las enzimas, como la síntesis de polímeros complejos o los procesos de desintoxicación, pueden ayudar a la supervivencia de las algas en entornos adversos. En las aguas superficiales contaminadas, las algas verdes productoras de laca podrían contribuir a la descomposición ambiental de los contaminantes fenólicos .

Se encontró que el Lac putativo (CotA) de Bacillus pumilus MK001 clonado y expresado en E. coli era termoestable y exhibía una vida media de 60 minutos a 80°C y mostraba afinidades de unión potenciales con ácido ferúlico, ácido cafeico y vainillina .

Los fenoles son inhibidores conocidos de la celulasa y microorganismos fermentativos en procesos de biorrefinería. La adición de Lac elimina los compuestos fenólicos y, posteriormente, reduce la fase de retraso del microorganismo fermentativo. Sin embargo, la aplicación de Lac disminuye la liberación de glucosa durante la hidrólisis enzimática. La proporción de lignina y la composición de fenoles son actores clave en la inhibición de la celulasa cuando la hidrólisis enzimática se combina con la desintoxicación de Lac .

Una aplicación interesante en biotecnología ambiental es la inmovilización de Lac para eliminar contaminantes fenólicos a través de la oxidación. Las nanopartículas de sílice pirógena tienen un potencial interesante como material de apoyo para la inmovilización de Lac a través de la inmovilización asistida por sorción en la perspectiva de aplicaciones como la eliminación de microcontaminantes en fases acuosas. La inmovilización de Lac de un género de Leviatán, Coriolopsis poligonal, Cerrena unicolor, P. ostreatus y T. versicolor en nanopartículas de sílice pirogenada, por separado o en combinación, produce un aumento de la actividad en un rango de pH entre 3 y 7. Los diferentes Lac difieren en su pH óptimo y afinidad por el sustrato. Explotar sus diferencias permitió la formulación de un nanobiocatalizador hecho a medida capaz de oxidar un rango de sustrato más amplio que las enzimas disueltas o inmovilizadas por separado. El nanobiocatalizador tiene el potencial de oxidación bioquímica en la eliminación de múltiples contaminantes objetivo . Se ha confirmado que los nanobiocatalizadores no vocacionales obtenidos por inmovilización de Lac sobre nanopartículas de sílice poseían un amplio espectro de sustrato en cuanto a la degradación de contaminantes recalcitrantes, como los EDC fenólicos (bisfenol A) .Esto subraya el potencial de los compuestos de nanopartículas/lacasas de sílice pirógena para el tratamiento biológico avanzado de aguas residuales.

Los Lac son capaces de catalizar la oxidación de un electrón de compuestos fenólicos en intermedios radicales que posteriormente pueden acoplarse entre sí a través de enlaces covalentes. Se cree que estas reacciones juegan un papel importante en el proceso de humificación y la transformación de contaminantes que contienen funcionalidades fenólicas en el medio ambiente. Se desarrolló un modelo de reacción mediante la integración de equilibrios de unión metal-HA y ecuaciones cinéticas, que predicen la tasa de transformación del triclosán en presencia de HA e iones metálicos divalentes, incluidos Ca2+, Mg2+, Cd2+, Co2+, Mn2+, Ba2+ y Zn2+ .

Los éteres de difenilo polibromados hidroxilados (OH-PBDE) se han encontrado con frecuencia en la biosfera marina como contaminantes orgánicos emergentes. La producción de OH-PBDE es probablemente el resultado del acoplamiento de radicales bromofenoxi, generados a partir de la oxidación catalizada por Lac de 2,4-DBP o 2,4,6-TBP. La transformación de los bromofenoles por Lac es dependiente del pH, y también está influenciada por la actividad enzimática. En vista de la abundancia de 2,4-DBP y 2,4,6-TBP y de la distribución filogenética de Lac en el medio ambiente, la conversión de bromofenoles catalizada por Lac puede ser una vía importante para la biosíntesis natural de OH-PBDE .

Phanerochaete chrysosporium pertenece a un grupo de hongos degradadores de lignina que secretan varias enzimas oxidorreductoras, incluidas la peroxidasa de lignina (LiP) y la peroxidasa de manganeso (MnP). Sin embargo, la producción de Lacs en este hongo no ha sido completamente demostrada y sigue siendo controvertida. La coexpresión del gen LacIIIb de T. versicolor y el gen vpl2 de Pleurotus eryngii, y también los genes endógenos mnp1 y lipH8 mejoraron la cooverexpresión de peroxidasas y lacasas hasta cinco veces en comparación con las especies silvestres. Las cepas transformantes tienen un amplio espectro en biotransformación fenólica/no fenólica y un alto porcentaje en decoloración de tinte sintético en comparación con la cepa parental y son una coexpresión fácil y eficiente de Laca y peroxidasas en especies de basidiomicetos adecuadas .

Recientemente, Lac se ha aplicado a la nanobiotecnología, que es un campo de investigación en aumento, y cataliza reacciones de transferencia de electrones sin cofactores adicionales .

Las nanopartículas de carbono son candidatos prometedores para la inmovilización enzimática. En comparación con Lac libre, las enzimas inmovilizadas tienen tasas de reacción significativamente reducidas. La limitación difusora inducida por la agregación de nanopartículas de carbono no puede ignorarse porque puede conducir a un aumento de los tiempos de reacción, baja eficiencia y altos costos económicos. Además, este problema se agrava cuando hay bajas concentraciones de contaminantes ambientales .

El bisfenol A (BPA) es un producto químico disruptor endocrino que es ubicuo en el medio ambiente debido a su amplio uso industrial. Extracelular Lac de la más cultivada de setas en el mundo (es decir,, hongo de podredumbre blanca, P. ostreatus) BPA degradado eficientemente. La exposición al BPA no tiene efectos nocivos sobre este hongo comestible .

La eliminación de BPA por Lac en un reactor de membrana enzimática continua evaluado en aguas residuales sintéticas y reales tratadas biológicamente en una configuración de reactor basada en un reactor de tanque agitado acoplado a una membrana cerámica, mostró una eliminación casi completa de BPA. La polimerización y la degradación son mecanismos probables de transformación de BPA por Lac .

Los organismos del filo Basidiomycota tienen un enorme potencial de biorremediación por sus fenol oxidasas en la degradación de los fenólicos. Lac y tirosinasa se encuentran principalmente en T. versicolor y Agaricus bisporus, respectivamente. Han surgido nuevos y prometedores productores de enzimas de tipo silvestre y también se construyeron varias cepas recombinantes, basadas principalmente en levaduras o cepas de Aspergillus como huéspedes. Las construcciones permiten aplicaciones para la degradación de fenoles, polifenoles, cresoles, alquilfenoles, naftoles, bisfenoles y fenoles halogenados (bis). Los métodos biológicos y fisicoquímicos podrían combinarse para que los procesos sean aptos para uso industrial .

Las peroxidasas vegetales tienen una gran utilidad potencial para la descontaminación de aguas residuales contaminadas con fenol. El uso a gran escala de estas enzimas para la descontaminación de fenoles requiere un material barato, abundante y de fácil acceso que contenga peroxidasa. La pulpa de patata, un producto de desecho de la industria del almidón, contiene grandes cantidades de peroxidasas activas, y las enzimas de la pulpa de patata mantienen su actividad a pH 4-8 y son estables en un amplio rango de temperaturas. La eficiencia de eliminación de fenol de la pulpa de patata es superior al 95% .

Lac inmovilizado en perlas de sílice nanoporosas degrada más del 90% de 2,4-dinitrofenol en poco tiempo (12 horas). El proceso de inmovilización mejora la actividad y sostenibilidad de Lac por degradación del contaminante. Las temperaturas superiores a 50°C reducen la actividad enzimática a aproximadamente un 60%. Sin embargo, el pH y la concentración del mediador no podían afectar la actividad enzimática. La cinética de degradación está de acuerdo con una ecuación de Michaelis–Menten .

Los exudados acuosos de ballico (Lolium perenne) pueden degradar el BPA tanto en ausencia como en presencia de materia orgánica natural (NOM). En exudados con adición de NOM, el proceso de degradación es más largo que sin NOM. Las actividades de peroxidasa y Lac en exudados sugirieron una participación significativa de estas enzimas en la degradación del BPA .

Los compuestos organofluorados se han convertido en bloques de construcción importantes para una amplia gama de materiales avanzados, polímeros, agroquímicos y productos farmacéuticos. Se logró el concepto para la introducción del grupo trifluorometil en fenoles no protegidos mediante el empleo de un biocatalizador (Lac), tBuOOH, y el reactivo de Langlois o el sulfinato de zinc de Baran. El método se basa en la recombinación de dos especies radicales, a saber, el catión radical fenólico generado directamente por el Lac y el radical CF3. La trifluorometilación catalizada por Lac procede en condiciones suaves y degrada los fenoles sustituidos por trifluorometil que no estaban disponibles por los métodos clásicos .

Ascomiceto de agua dulce productor de Lac Phoma sp. strain UHH 5-1-03 has potential for practical micropollutant removal. Bisphenol A (BPA), carbamazepine (CBZ), 17α-ethinylestradiol (EE2), diclofenac (DF), sulfamethoxazole (SMX), technical nonylphenol (t-NP), and triclosan (TCS) are substrates with the rank order: EE2≫BPA>TCS>t-NP>DF>SMX>CBZ. The obtained metabolites indicate hydroxylation, cyclization, and decarboxylation reactions, as well as oxidative coupling typical for Lac reactions. The observations strongly suggest that the extracellular Lac of Phoma sp. largely contributes to fungal biotransformation .

Se ha prestado mayor atención a la nanobiocatálisis. Lac inmovilizado reversiblemente en microesferas magnéticas quelatadas de Cu(ΙΙ) y Mn(ΙΙ) tuvo éxito en la eliminación de BPA del agua. En comparación con el Lac libre, las estabilidades térmicas y de almacenamiento del Lac inmovilizado se mejoran significativamente. Más del 85% del BPA se eliminó en condiciones óptimas .

Sin embargo, el uso de enzimas en solución para el tratamiento del agua tiene limitaciones de no reutilización, vida útil corta de las enzimas y alto costo de un solo uso. Chen et al. se desarrolló un nuevo tipo de biocatalizador mediante la inmovilización de la laca fúngica en la superficie de las células de levadura utilizando técnicas de biología sintética. El biocatalizador se conoce como surface display Lac (SDL) y se puede reutilizar con alta estabilidad, ya que retiene el 74% de la actividad inicial después de ocho reacciones de lotes repetidos. La eficacia de SDL y la prueba de concepto en el tratamiento de contaminantes de preocupación emergente se demostraron con bisfenol A y sulfametoxazol.